אנרגיה גרעינית בחלל, על הקרקע, ובגוף האדם

דמיינו לכם שהיתה קיימת סוללה שיכולה לפעול עשרות רבות של שנים ללא טעינה, ללא תחזוקה וכמעט ללא ירידה בביצועים. אפשר היה למצוא לה שימושים רבים; החל מהפעלת מתקנים מרוחקים בסביבה עוינת, וכלה בקוצבי-לב.
אני שמח לבשר שאכן קיימת סוללה כזאת, היא נקראת RTG והסוד שלה הוא אנרגיה גרעינית.

אכן, ישנם אנשים שלבם פועל בעזרת כוח אטומי.

פצצות אטום בחלל - מאמר מאת איימי שירה טייטל

[הרשומה להלן הינה תרגום מאמר מאת היסטוריונית החלל איימי שירה טייטל, מתוך הבלוג המרתק שלה Vintage Space. בבלוג תוכלו לקרוא סיפורים מדהימים בעיקר אודות ההיסטוריה של תכנית החלל המאויישת של ארצות הברית, כתובים בפירוט רב ובהתלהבות מדבקת. לכן אפתח בתודה מקרב לב לאיימי, שנאותה לבקשתי לתרגם מרשומותיה.]

ציור ממוחשב של רקטת פעימה גרעינית
מתקרבת לצדק. 

ברשומות קודמות דיברתי על מספר אתגרים הקשורים למשימה מאויישת למאדים, ובפרט לקושי לנחות על כוכב הלכת האדום. הבאת אנשים למאדים היא משימה מסובכת, אולם איננה בלתי אפשרית.
זמן הטיסה של משימה למאדים נמדד בחודשים ולא בימים; המסלול המהיר ביותר הוא כרגע בסביבות 180 יום או ששה חודשים.
לנחתות רובוטיות או רוברים, זמן הטיסה לא מהווה אתגר גדול. כל עוד המצברים מסוגלים לשמור על המפרקים המכניים ועל המערכות שלו מפני קפאון, לרובוט לא אכפת להמתין.

משימה מאויישת היא סיפור אחר. שמירה על הצוות בחיים ובמצב גופני טוב מסבכת את המסע למאדים; הבעיה אינה רק לספק לאסטרונאוטים מקור חום. ששה חודשים הם זמן ממושך מדי מכדי שהצוות יוכל לשבת ולחכות בתוך חללית קטנה וצפופה, חשופים לקרינה ובתנאי אפס-כבידה. ישנן דרכים להגן על האסטרונאוטים באמצעות מגיני קרינה ולסחרר את החללית ליצירת די כבידה למניעת ניוון שרירים או לפחות להגבלתו. אולם הדרך הטובה ביותר להתגבר על האתגרים הכרוכים בהבאת אנשים למאדים היא פשוט לקצר את משך הטיסה. אין זה רעיון חדש, אלא רעיון שנאס"א חוקרת כבר למעלה מ- 50 שנה. השיטה המועדפת היא רקטה גרעינית.

קיוריוסיטי בדרך למאדים!

הפוסט הזה תוכנן לשבוע שלפני השיגור, אבל <הכנס תירוץ כאן>. אשרי הדחיינות.

קיוּריוֹסיטי (סקרנות בעברית) הוא שמה של המעבדה הקרקעית הניידת המשוכללת ביותר שנבנתה אי פעם למשימת חלל, ובפרט לשיטוט על פני מאדים. המשימה שלה היא לברר האם בקרקע של מאדים יש או היו פעם תנאים המאפשרים קיום של חיים. להשגת היעד הזה, קיוריוסיטי עמוסה במכשירים מדעיים, שיאפשרו לה לנתח מבנים והרכבים של עשרות דגימות, אותן תוכל לאסוף מאזורים שונים על מאדים.

 קיוריוסיטי תוכננה למשימה של כמעט שנתיים, במהלכן היא תוכל לנוע על פני קילומטרים רבים, וכך להגיע לסוגי קרקע שונים שאותם מעניין לבחון. הרובוטים המשוטטים הקודמים, ספיריט ואופורטיוניטי, תוכננו ל- 90 יום בלבד, החזיקו מעמד פי- 20 מהמתוכנן, ואופורטיוניטי אפילו סוגר עוד חודש את שנת הפעילות השמינית שלו! עם זאת, אופורטיוניטי נסע קרוב ל- 40 ק"מ עד כה (יותר מפי- 50 מהתכנון המקורי שלו!), בעוד קיוריוסיטי תוכל לצלוח את המרחק הזה תוך פחות משנה (תיאורטית כמובן, נחכה ונראה).

קיוריוסיטי שוגרה ב- 26 בנובמבר, ותגיע למאדים באוגוסט הקרוב. הנחיתה שלה, המוצגת בסרטון זה, היא מהמבצעים המורכבים ביותר שבוצעו בחלל, לפחות במשימות רובוטיות; לאחר הכניסה לאטמוספירה והאטת קצב הירידה באמצעות מצנח, יופעל רכב בעל מנועים רקטיים, שיוריד עם כבלים את הרכב הקרקעי לקרקע בצורה מבוקרת, כמו מין עגורן מעופף. את ספיריט ואופורטיוניטי הנחיתו באמצעות הטלתם לקרקע כשהם עטופים בבלוני אוויר דחוס. השיטה החדשה מתאימה יותר למטענים כבדים (קיוריוסיטי כבד פי- 5 מקודמיו), ומאפשר הנחתה מדוייקת לאתר המבוקש.

שלב הנחיתה

אתר הנחיתה הוא מכתש גֵייל, מכתש עתיק מאד (נוצר לפני לפחות שני מיליארד שנים) שצורתו עגולה ובקוטר של כ- 154 קילומטרים, מוקף בצוקים בגובה חמישה קילומטרים (!) ובמרכזו הר שמתנשא גם הוא לגובה של חמישה קילומטרים מעל קרקעית המכתש. המכתש נבחר כאתר הנחיתה מכמה סיבות, שהראשונה מבינהן היא שצפוי להיות בו מגוון גדול של סוגי קרקע, כך שאפשר יהיה להגיע בקלות יחסית מאזור עניין אחד לאחר. שנית, המכתש הוא האתר העמוק ביותר בסביבתו, יותר מארבעה קילומטרים עומקו, ולכן זה מקום טוב לחפש בו ראיות להימצאות מים נוזלים, שכידוע זורמים למקומות הכי נמוכים.

טופוגרפיה של מכתש גייל (הצבעים מסמנים גובה לפי המקרא),
האליפסה מסמנת את אתר הנחיתה.
Credit: Anderson and Bell

הרכב עצמו שוקל כ- 900 קילוגרם ואורכו כשלושה מטרים. הוא מתנייע באמצעות שישה גלגלים בעלי מנועים חשמליים נפרדים, המחוברים לזרועות שמאפשרות תנועה בשיפועים ומעבר מעל מכשולים כמו סלעים גדולים. את החשמל הנדרש להפעלת מערכות הרכב מייצר מחולל רדיואיזוטופי-תרמואלקטרי (RTG), כלומר מיכל של חומר רדיואקטיבי, שהדעיכה הטבעית שלו מייצרת חום המומר לחשמל. בנוסף משתמשים בחום העודף לחימום אזורים ברכב שצריכים להיות חמים. החומר הרדיואקטיבי הוא תחמוצת של פלוטוניום-238, חומר שאיננו בקיע (אינו יכול לשמש לפצצה גרעינית). בתחקיר לפוסט זה למדתי נתון מעניין: מסתבר שארה"ב הפסיקה לייצר פלוטוניום-238 בסוף שנות ה- 80, ומאז שהסתיימו המאגרים, כל מכשירי ה- RTG האמריקאים מכילים רדיואיזוטופים מתוצרת רוסיה. לי זה נשמע מפתיע, אבל אולי זה רק כי גדלתי בתקופה שעדיין הייתה מתיחות רבה בין שתי המעצמות על רקע העליונות הגרעינית.

ה- RTG של קיוריוסיטי (המתקן הלבן במרכז)
אגב, החליפות של הצוות הן כדי לשמור על נקיון, ולא להגנה מקרינה.

לקיוריוסיטי יש מבחר גדול של מכשירים מדעיים. יש לה מצלמות משוכללות לצילום בהפרדה גבוהה שנמצאות בראש תורן שגובהו שני מטרים, ומאפשר תצפית לטווח בינוני. יש מצלמה נוספת בקצה זרוע בעלת מספר מפרקים שמאפשרת בחינה מיקרוסקופית של עצמים בטווח הזרוע.
על ראש התורן מוצב גם מכשיר המפיק פולסים של לייזר, המסוגל לאדות את השכבה החיצונית של סלע ממרחק מספר מטרים, ומצלמה ספקטרוסקופית שתנתח את ההרכב הכימי של האדים מרחוק.
הזרוע שהזכרתי קודם יכולה להגיע לטווח של 190 סנטימטרים. בקצהּ מותקן צריח מסתובב עם כלי עבודה שכל גיאולוג אנושי היה יכול להיעזר בהם: מקדח, מברשת, מסננת, כף חפירה וקופסאות לאיסוף דוגמיות. את דוגמיות הקרקע שייאספו, תכניס הזרוע לתוך מתקן ניתוח כימי שנמצא בגוף הרכב. שם יעברו הדגימות מספר בחינות לזיהוי ההרכב הכימי, ולאיתור תרכובות אורגניות.
בנוסף למכשירים אלו לבחינת הקרקע, מכילה קיוריוסיטי גם מערכות למדידת תנאי מזג האוויר והסביבה, כגון לחץ, טמפרטורה, קרינה אלקטרומגנטית, הרכב אטמוספירה (בדגש על זיהוי אדי מים) וכדומה.

מהנדסים בוחנים את הזרוע של קיוריוסיטי

לסיכום, אין ספק שזו משימה שאפתנית שלא היתה כדוגמתה במשימות רובוטיות קודמות. אני מאד מקווה שהיא תצליח, כי אם כן, היא תהווה דוגמה מופתית לאופן שבו יש לחקור את מערכת השמש - במקום לחזור על שיטות קיימות ולהתקדם בצעדים קטנים, צריך להעז ולפרוץ את המעטפת המוכרת, לחדש ולאלץ את המדע והטכנולוגיה להתקדם הלאה.
אני אמשיך, כמובן, לעקוב ולעדכן.


_________________________________
קרדיט לכל התמונות (אלא אם מצויין אחרת): NASA/JPL

ג'וּנוֹ פורשת כנפיים

בתמונות הבאות מופיעות החלליות גלילאו, קאסיני, וווֹיאג'ר, כולן משימות לכוכבי הלכת החיצוניים של מערכת השמש:

Credits: NASA/JPL

ובתמונות האלה מופיעים לווין התקשורת ארטמיס, החלליות מרינר-10, וחללית המחקר Mars Global Surveyor, כולם משימות במערכת השמש הפנימית.

Credit: NASA/ESA-J.Huart 

שמים לב להבדל המשמעותי בין שני הסוגים?
אני מתכוון, כמובן, לכנפיים הסולריות, ולהיעדרן במשימות הרחוקות מהשמש.
כל מכשיר צריך חשמל כדי לפעול, והדרך הזולה להפיק אותו היא באמצעות תאים סולריים, שצריך רק לדאוג שיפנו לכיוון השמש כל הזמן (כמובן שתמיד קיים גם מצבר לגיבוי).
במשימות שבהן צריך להתרחק מהשמש יש בעיה. לא רק ששטף האור שמגיע מהשמש יורד לאחוזים בודדים לעומת הכמות שמגיעה לכדור הארץ, אלא שתאים סולריים הם מלכתחילה דרך גרועה מאד לייצר חשמל - הנצילות שלהם היא רק 28% לכל היותר וגם זה בתנאי מעבדה בלבד. כשנחשפים לחלל הם מתחילים להדרדר בביצועים. כל שאר האנרגיה, למען הסר ספק, הופכת לחום.

אז מדוע למרות הכל, נאס"א מתכוננת לשגר משימה חדשה לכוכב הלכת צדק, ג'וּנוֹ שמה (Juno), שנושאת שלוש כנפיים סולריות בשטח כולל של כ- 60 מטרים רבועים, אשר במרחק 780 מיליון קילומטרים מהשמש (המרחק הממוצע של מסלול צדק מהשמש) יפיקו כ- 400 וואט בלבד? חצי מההספק הזה, אגב, הולך לחימום...

החלליות שהרחיקו לכת בעבר (גלילאו, קאסיני, וויאג'ר, פיוניר, ניו-הורייזנס) הפיקו חשמל באמצעות מכשיר שנקרא RTG, המייצר חשמל מחום שנוצר מהתפרקות חומר רדיואקטיבי. האם טכנולוגיית התאים הסולריים הפכה לזולה או אפקטיבית מספיק כדי להצדיק תקדים שכזה, או שמא החשש ממחאה ציבורית כנגד שימוש בטכנולוגיה גרעינית כפי שקרה לפני שיגור גלילאו ב- 1989, הביאה לבחירה בפתרון הסולרי?
מסתבר שהמציאות בדרך כלל פשוטה הרבה יותר. לפי גיליון מרץ של Aviation Week, חברת לוקהיד-מרטין המייצרת את החללית, בחרה בכנפיים סולריות משיקולים של חוסר זמינות של יחידות RTG. פשוט נגמר המלאי.
כנראה שלפעמים נוצרים תקדימים מרשימים גם כתוצאה משיקולים יומיומיים. כך מופיעה החללית ג'ונו על גבי הפוסטרים של נאס"א. תודו שחללית עם כנפיים יפה הרבה יותר. 

Credit: NASA/JPL

השיגור, למקרה שאתם תוהים, מתוכנן ל- 5 באוגוסט השנה.

מה מפעיל את השמש?

אחד הדברים היפים ביותר באסטרופיסיקה הוא שהעצמים הגדולים ביותר שקיימים, כלומר הכוכבים, מתנהלים על פי החוקים שמכתיבים העצמים הזעירים ביותר, האטומים. אתם מוזמנים להכניס תובנה חברתית כראות עיניכם.

המשך מעבר לקיפול...

"לא ניתן למנוע מלחמה ולהתכונן אליה בו-זמנית"

הפיצוץ הגרעיני הראשון בעולם התרחש על אדמת ניו-מכסיקו בארצות הברית ב- 16 ביולי 1945 כמעין מסיבת סיום של פרוייקט מנהטן. 21 ימים לאחר מכן הוטסה פצצה מבצעית לשמי יפן והושלכה מעל עיר התעשייה הירושימה. שלושה ימים נוספים חלפו והעיר נגסאקי חטפה פצצה דומה. התוצאה הישירה (אם נתעלם בציניות ממאות אלפי יפנים מתים) היתה סיום מלחמת העולם השניה, בעוד התוצאה העקיפה היתה פתיחת מרוץ החימוש הגרעיני והמלחמה הקרה בין ארצות הברית וברית המועצות.

ניסוי "Easy" ב- 5 בנובמבר 1951 בנוואדה, ארה"ב (30 קילוטון, אגב)

במהלך מרוץ החימוש בוצעו על ידי מעצמות העל ניסויים רבים שכללו פיצוצים גרעיניים: חלקם תת-קרקעיים, חלקם על איים נטושים בלב האוקיינוס, וחלקם גבוה בסטרטוספירה ואף בשולי החלל. אילו הייתם שואלים אותי כמה ניסויים בוצעו, הייתי מנחש שכמה עשרות, אולי כמאה בכל אחת משתי המעצמות. אילו הייתי נדרש להוסיף לכך את הניסויים של מדינות אחרות כמו בריטניה, צרפת וסין הייתי מנחש שכוכב הלכת שלנו לא ראה יותר ממאות ספורות של פיצוצים אטומיים. הייתי מגזים ומנחש שלא יותר מארבע מאות פיצוצים.

מסתבר שאילו הייתי מנחש כך הייתי טועה ובגדול. אולי לו הייתי חי בתקופת שיא המלחמה הקרה הייתי מודע למידת ההשקעה בנשק גרעיני באותה התקופה, שהתבטאה, כך מסתבר, בניסויים רבים מאד מדי שנה. נושא זה מדיר שינה מעיני מאז שצפיתי בסרטון שבקישור זה. הסרט מתאר באופן קר למהדרין את מספר הניסויים הגרעיניים ומיקומם על פני מפת העולם עד שנת 2000. הוא נמשך כ- 14 דקות מקפיאות-דם, ומסכם לא רק את מספר הפצצות שהופעלו (ספוילר: מעל 2000!), אלא גם את זליגת הידע אל מדינות כמו הודו ופקיסטן.
קדימה - צפו בסרטון. אני אחכה כאן.

תודה שחזרתם, כי יש לי עוד מה להגיד בנושא זה. בשנת 1996, על רקע התפיסה ההגיונית שניסויים הכוללים פיצוץ גרעיני הם באופן ברור חלק מפיתוח נשק גרעיני, ועל רקע החששות המוצדקים מזיהום רדיואקטיבי, הוגשה לחתימה באו"ם האמנה למניעת ניסויים גרעיניים. עיקר האמנה היא הדרישה מכל המדינות החתומות עליה להימנע מביצוע ניסויים הכוללים פיצוצים גרעיניים, ולא לאפשר ביצוע ניסויים כאלו בשטחי ריבונותה. נשמע כמו התקדמות וחזרה לשפיות, נכון? אז לא ממש:
מסתבר שהאמנה קובעת שההסכם יופעל רק לאחר אישורן של 44 המדינות המחזיקות בידע גרעיני, דהיינו בשטחן מתקנים גרעיניים גם אם לא למטרות צבאיות. מבין מדינות אלו ישנן מדינות שטרם אישרו את הפעלת האמנה (למרות שחתמו עליה) ובינהן אירן, ישראל וארה"ב. מאכזב משהו, הייתי אומר.

בכל אופן, הכוונות כנראה עושות את שלהן ולא נעשו בעשור האחרון ניסויים גרעיניים.

כמעט.

צפון קוריאה ביצעה שניים ב- 2006 וב- 2009. מישהו חייב להישאר בתפקיד הילד הרע.
זהו להפעם. אני אשתדל שהפוסט הבא יהיה פחות מדכא.
___________________________________________
רק שתדעו: הציטוט מהכותרת מיוחס לאלברט איינשטיין, האיש והמותג.